專利名稱：采用聚苯乙烯微球制備磁流變液用空心磁性復(fù)合微粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料和功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于磁流變液的空心磁性微粒及其制備方法。
背景技術(shù)：
空心微球是20世紀(jì)五、六十年代發(fā)展起來的一種新型微粒材料。它的最顯著特點(diǎn)是密度小、力學(xué)強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好。磁性氧化物Fe3O4可以制備成粒徑為幾十納米的顆粒，作為磁流變液材料有很好的應(yīng)用前景。但傳統(tǒng)的磁流變液中的磁性微粒由于密度遠(yuǎn)高于介質(zhì)密度，具有易團(tuán)聚，易沉降的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響了磁流變液的使用性能和推廣應(yīng)用。Fe3O4顆粒也不例外，密度太大，易沉降，限制了它在這一領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種密度小、磁性能好、沉降穩(wěn)定性優(yōu)良和剪切屈服應(yīng)力高的可用于磁流變液的磁性微粒及其制備方法。
本發(fā)明提出的用于磁流變液的磁性微粒，是在中空PS微球表面包覆一層Fe3O4而組成的空心復(fù)合磁性微粒，其原料組份按重量計(jì)的配比如下空心PS微球 100份分散劑 0-50份三價(jià)鐵鹽 50-400份二價(jià)鐵鹽 20-200份堿 20-200份其中，空心PS微球是粒徑為20nm-20μm的中空聚苯乙烯微球。
所述的分散劑是指各種有機(jī)、無機(jī)、復(fù)合型的表面活性劑。
所述的三價(jià)鐵鹽是指含有三價(jià)鐵離子的鹽，如FeCl3，F(xiàn)e(NO3)3，F(xiàn)e2(SO4)3等，但不僅限于此。
所述的二價(jià)鐵鹽是指含有二價(jià)鐵離子的鹽，如FeCl2，F(xiàn)eSO4，F(xiàn)e(NO3)2等，但不僅限于此。
所述的堿是指其溶液的pH值能大于9的堿性物質(zhì)，如NaOH，NH3·H2O等，但不僅限于此。
本發(fā)明的制備方法如下(1)空心PS微球的分散將空心PS微球在分散介質(zhì)中超聲分散，得樣品a。
(2)Fe3O4包覆空心PS微球?qū)⑷齼r(jià)鐵鹽溶液和二價(jià)鐵鹽溶液置于反應(yīng)容器中，加入樣品a，并加入堿，加熱攪拌反應(yīng)，然后加入分散劑，攪拌下冷卻至室溫。
(3)后處理樣品的洗滌，磁分離。
上述制備方法中，加熱攪拌反應(yīng)一般可分段進(jìn)行，即加入樣品a后，加熱0.5-1.5小時(shí)，升溫至50-65℃；加入堿溶液，繼續(xù)加熱升溫至90-100℃；然后加入分散劑，攪拌下冷卻至室溫。
目前，已有在中空玻璃微珠表面包覆鋇鐵氧體涂層的報(bào)道(王采芳，熊惟皓，空心微珠為基的鐵氧體復(fù)合材料的制備與研究，功能材料，2004，35536-538)，但還沒有類似本發(fā)明的在中空PS微球表面包覆Fe3O4，用作磁流變材料的報(bào)道。
由本發(fā)明制得的空心磁性復(fù)合微粒，密度小，磁性能好，剪切應(yīng)力高，具有優(yōu)良的沉降穩(wěn)定性。


圖1為Fe3O4微粒和PS空心微球包覆了Fe3O4的復(fù)合微粒在水中的沉降穩(wěn)定性比較。
圖2為基于Fe3O4微粒(含量8wt％)和PS空心微球包覆了Fe3O4磁性復(fù)合微粒(復(fù)合微粒含量8wt％)的磁流變液(水為介質(zhì))的表觀粘度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化比較。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例是僅為更進(jìn)一步具體說明本發(fā)明，在不違反本發(fā)明的主旨下，本發(fā)明應(yīng)不限于以下實(shí)驗(yàn)例具體明示的內(nèi)容。
實(shí)施例1所用原料的配比如下空心PS微球(平均粒徑2.5μm) 100份(重量)十二烷基硫酸鈉 5份(重量)三氯化鐵 100份(重量)七水合硫酸亞鐵 50份(重量)氫氧化鈉 50份(重量)磁性復(fù)合微粒的制備
按上述組份份額比例，將中空PS微球在去離子水中超聲分散3小時(shí)，得樣品a。將三氯化鐵和七水合硫酸亞鐵配成溶液加入反應(yīng)容器中，加入樣品a，攪拌加熱0.5-1小時(shí)，升溫至60℃；將NaOH溶于去離子水配成溶液，加入到反應(yīng)容器中攪拌反應(yīng)1小時(shí)后，繼續(xù)升溫至90℃，停止加熱，加入十二烷基硫酸鈉，攪拌下冷卻。用去離子水洗滌至中性，磁分離。
磁性復(fù)合微粒的性能(1)采用密度梯度管法測(cè)得該空心復(fù)合微粒表觀密度為1.3g/cm3，約為Fe3O4微粒密度的四分之一。
(2)本發(fā)明制備的空心磁性顆粒具有優(yōu)良的沉降穩(wěn)定性。在不加任何添加劑、以水為載液的情況下，當(dāng)磁性復(fù)合微粒含量大于8wt％時(shí)長(zhǎng)時(shí)間放置沒有沉降。圖1為本發(fā)明所制備的復(fù)合微粒含量為3wt％時(shí)，與含量為8wt％、粒徑為50nm左右的Fe3O4顆粒沉降性能曲線。磁性顆粒的沉降性能用沉降率V表示，其中V＝a/(a+b)×100％，a為上層清液的體積，b為下層混濁液的體積。本發(fā)明制備的空心磁性顆粒沉降穩(wěn)定性大大提高。
(3)將Fe3O4包覆PS空心微球磁性復(fù)合微粒和Fe3O4微粒以水為介質(zhì)制成磁流變液，采用改裝過的NDJ-79型旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)(同濟(jì)大學(xué)機(jī)電廠)研究其磁流變性能，結(jié)果如圖2所示，兩種磁流變液的磁流變性能較為接近，零場(chǎng)粘度均較低，而隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的升高，磁流變液的表觀粘度也隨之急劇升高。
實(shí)施例2所用原料按重量份額的配比如下空心PS微球(平均粒徑50nm) 100份十二烷基硫酸鈉 0份Fe(NO3)350份FeSO420份氫氧化鈉 20份磁性復(fù)合微粒的制備按上述組份份額比例，將中空PS微球在去離子水中超聲分散2小時(shí)，得樣品a。將Fe(NO3)3和FeSO4配成溶液加入反應(yīng)容器中，加入樣品a，攪拌加熱1小時(shí)左右，升溫至65℃；將NaOH溶于去離子水配成溶液，加入到反應(yīng)容器中攪拌反應(yīng)1.5小時(shí)后，繼續(xù)升溫至95℃，停止加熱，攪拌下冷卻。用去離子水洗滌至中性，磁分離。得到的磁性微粒，其性能如圖1和圖2所示類似。
實(shí)施例3
所用原料按重量份額的配比如下空心PS微球(平均粒徑20μm) 100份(重量)十二烷基硫酸鈉 50份(重量)Fe2(SO4)3400份(重量)FeCl2200份(重量)NH3H2O200份(重量)磁性復(fù)合微粒的制備將中空PS微球在去離子水中超聲分散5小時(shí)，得樣品a。將Fe2(SO4)3和FeCl2配成溶液加入反應(yīng)容器中，加入樣品a，攪拌加熱1-1.5小時(shí)，升溫至55℃；將NH3H2O溶于去離子水配成溶液，加入到反應(yīng)容器中攪拌反應(yīng)1小時(shí)后，繼續(xù)升溫至100℃，停止加熱，加入十二烷基硫酸鈉，攪拌下冷卻。用去離子水洗滌至中性，磁分離。得到的磁性微粒，其性能如圖1和圖2所示類似。
上述實(shí)施例中，各組份原料和用量以及制備過程的參數(shù)，僅是為了描述本發(fā)明而選取的代表。實(shí)際上大量的實(shí)驗(yàn)表明，在發(fā)明內(nèi)容部分所限定的范圍內(nèi)，均能獲得與上述實(shí)施例相類似性能的磁性復(fù)合微粒。
權(quán)利要求
1.一種用于磁流變液的中空磁性復(fù)合微粒，其特征在于由中空PS微球表面包覆一層Fe3O4而組成的空心復(fù)合磁性微粒，其原料組份按重量計(jì)的配比如下空心PS微球 100份分散劑 0-50份三價(jià)鐵鹽 50-400份二價(jià)鐵鹽 20-200份堿 20-200份其中，空心PS微球是粒徑為20nm-20μm的中空聚苯乙烯微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性復(fù)合微粒，其特征在于所述的分散劑為有機(jī)、無機(jī)或復(fù)合型的表面活性劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性復(fù)合微粒，其特征在于所述的三價(jià)鐵鹽為FeCl3，F(xiàn)e(NO3)3或Fe2(SO4)3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性復(fù)合微粒，其特征在于所述的二價(jià)鐵鹽為FeCl2，F(xiàn)eSO4或Fe(NO3)2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性復(fù)合微粒，其特征在于中所述的堿為其溶液的pH值大于9的堿性物質(zhì)。
6.一種如權(quán)利要求1所述的磁性復(fù)合微球的制備方法，其特征在于步驟為(1)空心PS顆粒的分散將空心PS微球在分散介質(zhì)中超聲分散，得樣品a；(2)Fe3O4包覆空心PS微球?qū)⑷齼r(jià)鐵鹽溶液和二價(jià)鐵鹽溶液加入反應(yīng)容器中，加入樣品a，并加入堿溶液，加熱攪拌反應(yīng)，加入分散劑，攪拌下冷卻至室溫；(3)后處理洗滌，磁分離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中的加熱攪拌反應(yīng)分段進(jìn)行加入樣品a后，加熱0.5-1.5小時(shí)，升溫至50-65℃加入堿溶液后繼續(xù)加熱升溫至90-100℃；再加入分散劑，攪拌下冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明屬于復(fù)合材料和功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于磁流變液的空心磁性復(fù)合微粒及其制備方法。該磁性復(fù)合微球是在空心聚苯乙烯微球表面覆蓋一層Fe
文檔編號(hào)C08J7/00GK1631949SQ200410084318
公開日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2004年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月18日
發(fā)明者浦鴻汀, 蔣峰景, 楊正龍 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)